Common Rail – что это? Особенности, принцип работы и преимущества

Популярность дизельных двигателей объясняется сочетанием экономичности и высокого КПД. Одной из причин впечатляющих эксплуатационных характеристик стала разработка системы впрыска Common Rail, которая совершенно заслуженно входит в число наиболее прогрессивных и передовых технологий подачи топлива в силовую установку. Сегодня ею оборудованы практически все дизельные ДВС, которые используются на транспортных средствах различного вида, начиная с автомобилей и заканчивая мощными сельскохозяйственными или дорожно-строительными машинами.

Определение

Common Rail представляет собой систему впрыска топлива для дизельного двигателя. Главной отличительной особенностью выступает общая магистраль или рампа, расположенная между ТНВД и форсунками. Именно она и дала название устройству, так как common rail переводится в английского как «общий путь» или «общая магистраль». Такая конструкция позволяет подавать дизтопливо под давлением, увеличивая общую эффективность работы двигателя.

Датой появления системы считается 1996 год, когда разработка компании Bosch была впервые установлена на серийный автомобиль. Популярность двигателей, оснащенных Common Rail, объясняется способностью достигать требуемой мощности при низком потреблении дизельного топлива. По стандартным оценкам использование системы уменьшает расход солярки на 15% при одновременном увеличении мощности двигателя на 40%.

Дополнительным и в современных условиях весьма важным достоинством рассматриваемой конструкции подачи топлива выступает соответствие современных экологическим стандартам. Заметное уменьшение токсичности выхлопных газов и низкий уровень издаваемое в процессе эксплуатации шума – вот еще две не менее серьезные причины востребованности и широкого распространения дизельных двигателей с использованием Common Rail.

Конструктивные особенности

Устройство Common Rail в значительной степени напоминает систему подачи топлива в инжекторных бензиновых двигателях. Перед впрыском дизельного топлива в цилиндры происходит аккумулирование давления, в результате чего такую конструкцию нередко называют аккумуляторной топливной системой.

Конструкция Common Rail предусматривает три основных элемента: стандартные для любого дизельного двигателя контуры высокого и низкого давления, а также дополняющий их электронный блок контроля и управления. Контур низкого давления практически не отличается от обычных системы и состоит из стандартного набора частей, включающего:

• топливный бак;
• топливный фильтр;
• подкачивающий насос;
• комплект соединительных трубопроводов.

Основные отличия Common Rail от обычного дизельного двигателя заключаются в устройстве контура высокого давления, состоящего из таких элементов:

• насос, который заменяет стандартный ТНВД и оснащается контрольным клапаном;
• аккумуляторный узел или рампа, также оборудованная датчиком для контроля давления. Она изготавливается в виде достаточно длинной двухслойной трубы, на которой размещаются штуцеры, предназначенные для фиксации форсунок;
• форсунки;
• комплект соединительных трубопроводов.

Важное значение для эффективной эксплуатации рассматриваемой системы имеет работа электронного блока управления или ЭБУ. Он включает в себя несколько датчиков, в автоматическом режиме передающих сигналы о следующих параметрах и характеристиках двигателя:

• положения распределительного и коленчатого вала;
• положение педали «газа»;
• уровень давления наддува;
• температура воздуха и охлаждающей жидкости;
• уровень давления топлива;
• массовый расход воздуха.

Анализ полученных данных производится ЭБУ также в автоматическом режиме, результатом чего становятся определение требуемого количества топлива, времени открытия форсунки и других рабочих параметров системы. После этого подается команда на начало впрыска и цикл повторяется по новой.

Принцип действия Коммон Рейл

Описанное выше устройство Common Rail обеспечивает простую и при этом эффективную работу двигателя. Сначала подкачивающий насос, входящий в контур низкого давления, засасывает дизельное топливо из бака. Далее оно очищается, проходя через фильтр, и поступает в контур высокого давления.

Затем горючее перемещается в аккумуляторный узел, где его давление повышается. Максимальное значение этого показателя составляет 135 МПа и контролируется автоматикой. После поступления команды от ЭБУ на впрыск контролирующий клапан открывается и топливо поступает бак через трубопроводы, соединенные с форсунками на рампе. На каждой форсунке устанавливается отдельный электромагнитный клапан или соленоид, управляющий ее работой, что является еще одной важной отличительной особенностью системы.

Наличие в системе ЭБУ позволяет с высоким уровнем точности управлять как параметрами давления топлива, так и количеством сжигаемого горючего. Следствием этого выступает максимальная отдача при сгорании топлива, которая сопровождается уменьшением его расхода при одновременном увеличении КПД дизельного двигателя. В качестве приятного и полезного бонуса происходит сокращение токсичности выхлопа.

Вывод

Популярность и широкое распространение Common Rail объясняется очевидными преимуществами системы перед любыми альтернативными вариантами. Большая часть достоинств уже была озвучена выше, однако, для большей наглядности целесообразно еще раз обратить на них внимание. Итак, наиболее важными плюсами рассматриваемой системы выступают:

• высокий КПД двигателя, который достигается за счет более эффективного сжигания топлива;
• существенное (до 15%) сокращение расхода горючего;
• еще более серьезное (до 40%) увеличение мощности двигателя;
• снижение показателей токсичности выхлопных газов, что позволяет двигателю полностью соответствовать современным экологическим стандартам.

Сочетание настолько впечатляющих характеристик выступает лучшим и весьма наглядным объяснением того, что практически все дизельные двигатели оснащаются сегодня Common Rail. Более того, возможности технологии далеко не исчерпаны, что позволяет надеяться на дальнейшее совершенствование системы.

Система впрыска Common Rail – назначение, устройство, принцип действия

Система впрыска Common Rail является современной системой впрыска топлива дизельных двигателей. Работа системы Common Rail основана на подаче топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления – топливной рампы (Common Rail в переводе общая рампа). Система впрыска разработана специалистами фирмы Bosch.

Применение данной системы позволяет достигнуть снижения расхода топлива, токсичности отработавших газов, уровня шума дизеля.

Главным преимуществом системы Common Rail является широкий диапазон регулирования давления топлива и момента начала впрыска, которые достигнуты за счет разделения процессов создания давления и впрыска.

Конструктивно система впрыска Common Rail составляет контур высокого давления топливной системы дизельного двигателя. В системе используется непосредственный впрыск топлива, т.е. дизельное топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. Система Common Rail включает топливный насос высокого давления, клапан дозирования топлива, регулятор давления топлива (контрольный клапан), топливную рампу и форсунки. Все элементы объединяют топливопроводы.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для создания высокого давления топлива и его накопления в топливной рампе. Современные топливные насосы высокого давления плунжерного типа.

Клапан дозирования топлива регулирует количество топлива, подаваемого к топливному насосу высокого давления в зависимости от потребности двигателя. Клапан конструктивно объединен с ТНВД.

Регулятор давления топлива предназначен для управления давлением топлива в системе, в зависимости от нагрузки на двигатель. Он устанавливается в топливной рампе.

Топливная рампа предназначена для выполнения нескольких функций: накопления топлива и содержание его под высоким давлением, смягчения колебаний давления, возникающих вследствие пульсации подачи от ТНВД, распределения топлива по форсункам.

Форсунка важнейший элемент системы, непосредственно осуществляющий впрыск топлива в камеру сгорания двигателя. Форсунки связаны с топливной рампой топливопроводами высокого давления. В системе используются электрогидравлические форсунки или пьезофорсунки.

Впрыск топлива электрогидравлической форсункой осуществляется за счет управления электромагнитным клапаном. Активным элементом пьезофорсунки являются пьезокристаллы, значительно повышающие скорость работы форсунки.

Управление работой системой впрыска Common Rail обеспечивает система управления дизелем, которая объединяет датчики, блок управления двигателем и исполнительные механизмы систем двигателя.

Система управления дизелем включает датчики оборотов двигателя, Холла, положения педали акселератора, расходомер воздуха, температуры охлаждающей жидкости, давления воздуха, температуры воздуха, давления топлива, кислородный датчик (лямбда-зонд) и другие.

Основными исполнительными механизмами системы впрыска Common Rail являются форсунки, клапан дозирования топлива, а также регулятор давления топлива.

Принцип действия системы впрыска Common Rail

На основании сигналов, поступающих от датчиков, блок управления двигателем определяет необходимое количество топлива, которое топливный насос высокого давления подает через клапан дозирования топлива. Насос накачивает топливо в топливную рампу. Там оно находится под определенным давлением, обеспечиваемым регулятором давления топлива.

В нужный момент блок управления двигателем дает команду соответствующим форсункам на начало впрыска и обеспечивает определенную продолжительность открытия клапана форсунки. В зависимости от режимов работы двигателя блок управления двигателем корректирует параметры работы системы впрыска.

С целью повышения эффективной работы двигателя в системе Common Rail реализуется многократный впрыск топлива в течение одного цикла работы двигателя. При этом различают: предварительный впрыск, основной впрыск и дополнительный впрыск.

Предварительный впрыск небольшого количества топлива производится перед основным впрыском для повышения температуры и давления в камере сгорания, чем достигается ускорение самовоспламенения основного заряда, снижение шума и токсичности отработавших газов. В зависимости от режима работы двигателя производится:

• два предварительных впрыска — на холостом ходу;
• один предварительный впрыск — при повышении нагрузки;
• предварительный впрыск не производится — при полной нагрузке.

Основной впрыск обеспечивает работу двигателя.

Дополнительный впрыск производится для повышения температуры отработавших газов и сгорания частиц сажи в сажевом фильтре (регенерация сажевого фильтра).

Развитие системы впрыска Common Rail осуществляется по пути увеличения давления впрыска:

• первое поколение – 140 МПа, с 1999 года;
• второе поколение – 160 МПа, с 2001 года;
• третье поколение – 180 МПа, с 2005 года;
• четвертое поколение – 220 МПа, с 2009 года.

Чем выше давление в системе впрыска, тем больше топлива можно впрыснуть в цилиндр за равный промежуток времени и, соответственно, реализовать большую мощность.

Дизель Common Rail — Ford Engineering

Опубликовано: 8 декабря 2015 г.

ЧТО ТАКОЕ ДИЗЕЛЬ COMMON RAIL И ГДЕ УСТАНАВЛИВАЮТСЯ ПРЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА КОМПОНЕНТОВ FORD?

Топливные системы с электронным управлением были введены в основном для соблюдения законодательства о выбросах, а системы Common Rail были внедрены в основное производство в конце 1990-х годов.

Дизель Common Rail бывает как электронным, так и высокого давления.

Прямой впрыск топлива Common Rail — это система прямого впрыска топлива для бензиновых и дизельных двигателей. На дизельных двигателях он оснащен топливной рампой высокого давления (2000 бар — 29000 фунтов на квадратный дюйм), питающей отдельные электромагнитные клапаны, в отличие от топливного насоса низкого давления, питающего форсунки или насос-форсунки.

Дизельное топливо впрыскивается в двигатель очень небольшими порциями с помощью форсунок с электронным управлением. Они контролируются блоком управления двигателем (ECU).

Насос высокого давления

Подача топлива под высоким давлением обеспечивается механическим насосом высокого давления, установленным на двигателе. Это топливо под высоким давлением хранится в резервуаре, называемом общей рампой, до тех пор, пока оно не потребуется для форсунок.

Топливо под высоким давлением означает, что дизельное топливо распыляется на мелкие капли. Это означает лучшее сгорание, большую экономичность, более низкий уровень выбросов и более тихую работу. Все это особенности современных дизельных систем Common Rail.

Дизельное топливо в дизельной системе с общей топливной рампой всегда доступно для использования двигателем при любой частоте вращения двигателя. Он всегда доступен и доступен под высоким давлением. Это означает, что топливо под высоким давлением доступно, даже когда двигатель только крутится, то есть на низких оборотах. Более ранние традиционные дизельные системы, называемые роторными дизельными двигателями, в основном имели механическое управление.

Как компания Ford Component Manufacturing связана с этой дизельной системой с помощью одного из своих штампованных металлических компонентов? Ну, мы должны заглянуть глубоко в недра автомобильной сборки, чтобы увидеть медные шайбы, которые мы прессуем для автомобильной промышленности. Важная простая металлическая прессованная деталь в сложной сборке.

Система Common Rail

Основные компоненты системы Common Rail обозначены на приведенной выше диаграмме следующим образом:

1. Электрический питательный насос (присутствует не во всех системах) – подает топливо на насос высокого давления
2. Фильтр — крайне важно заменять его в соответствии с рекомендациями производителя для обеспечения чистоты системы и продления срока службы
3. Перепускной клапан – позволяет лишнему топливу стекать обратно в топливный бак
4. Обратный коллектор – управляет возвратом топлива обратно в топливный бак
5. Насос высокого давления – насос высокого давления является сердцем топливной системы. Именно здесь дизельное топливо имеет повышенное давление — оно приводится в действие двигателем, зависит от системы и может генерировать более 2000 бар — для сравнения, давление в обычных автомобильных шинах составляет от 2,5 до 3,5 бар.
6. Клапан управления высоким давлением (присутствует не во всех системах) – регулирует давление, создаваемое в насосе, с помощью электроники (управляется ECM)
7. Датчик давления в рампе – ​​контролирует давление в системе
8. Rail – это «общая магистраль», где топливо хранится и подается в форсунки для впрыска
9. Форсунки — форсунки в системе Common Rail контролируются и управляются ECM после учета нескольких входных сигналов датчиков и сигналов. Производственные допуски и компоненты остаются такими же, как у насосов высокого давления, и имеют решающее значение для работы и срока службы инжектора.
10. Блок управления EDC — модуль управления двигателем (ECM), который получает информацию от различных датчиков в системе и соответствующим образом регулирует давление и впрыск топлива
11. Датчик температуры топлива – контролирует температуру топлива в системе
12. Другие датчики – в зависимости от системы и автомобиля

Форсунка

Наконец, мы можем увидеть медную шайбу , металлическую штамповку, изготовленную для автомобильной промышленности компанией Ford Component Manufacturing.

Так почему же эта прессованная шайба так важна?

Отсутствие штампованной медной шайбы или неправильно затянутая форсунка могут привести к попаданию горячих продуктов сгорания в полость форсунки. Это приведет к выходу из строя нижнего топливного уплотнительного кольца на форсунке, что приведет к утечке топлива в камеру сгорания при выключенном двигателе и попаданию горячих продуктов сгорания в топливную систему при работающем двигателе.

Утечка топлива в камеру сгорания может привести к гидростатической блокировке двигателя и отказу двигателя. Это происходит, когда двигатель выключается и топливо стекает мимо наконечника форсунки в камеру сгорания.

Утечка продуктов сгорания в топливную систему приведет к заклиниванию внутренних компонентов топливной форсунки и отказу нескольких форсунок. Поскольку все форсунки имеют общую топливную рампу в головке блока цилиндров, утечка продуктов сгорания в топливную систему приведет к загрязнению всех форсунок.

Черный налет на дне форсунки является явным признаком того, что форсунка была неправильно затянута или отсутствовала запрессованная медная шайба.

Рис. 1: Отсутствие медной шайбы или неправильный момент затяжки форсунки

Ford Component Manufacturing отожмите их, всегда следите за тем, чтобы они подходили!

Общие сведения о системе впрыска Common Rail в дизельных двигателях

Система Common Rail — это экономичная и экономичная система впрыска топлива, которая может обеспечить ряд преимуществ для дизельных двигателей. Хотя сегодня на рынке доступно множество различных систем впрыска топлива, каждая из них работает по-разному и имеет свои преимущества и недостатки.

Понимание того, чем система Common Rail отличается от систем непосредственного впрыска топлива, важно для получения максимальной отдачи от вашего дизельного двигателя. Дизельные двигатели прошли долгий путь с момента их появления.

Дизельное топливо, которое когда-то считалось неэффективным и дорогостоящим, теперь стало популярным выбором для судовых и автомобильных двигателей. Преимущества систем впрыска дизельного топлива продолжают оставаться популярными.

Фактически, система Common Rail стала золотым стандартом для всех дизельных двигателей. Впрыск топлива является основным компонентом дизельных двигателей, в отличие от большинства бензиновых двигателей.

Как работает система Common Rail

Дизельная система впрыска Common Rail включает топливную рампу высокого давления (1500 фунтов на кв. дюйм), которая питает электромагнитные клапаны. Это отличается от топливного насоса низкого давления, который питает насос-форсунки (или насос-форсунки).

В нынешнем поколении дизельных двигателей Common Rail теперь используются пьезоэлектрические форсунки, повышающие точность. В этих системах Common Rail третьего поколения форсунки используют давление топлива до 36 000 фунтов на квадратный дюйм.

Основным преимуществом впрыска под высоким давлением является преимущество в мощности и расходе топлива по сравнению с системами впрыска топлива под низким давлением. Это связано с тем, что впрыск топлива в виде в основном мелких капель дает гораздо более высокое отношение площади поверхности к объему.

Поверхность капель топлива подвергается испарению и создает гораздо лучшее сочетание кислорода с испаряющимся топливом. Это создает гораздо лучшее и более полное сгорание.

Отличительной чертой дизельной системы Common Rail является то, что все цилиндры дизельного двигателя подают топливо через одну общую топливную рампу. Когда давление накапливается, Common Rail работает независимо от оборотов двигателя.

Системы имеют механическое и электронное регулирование. Это значительно упрощает процесс горения за счет постоянного поддержания давления.

Топливо под давлением хранится в общей топливной рампе отдельно от остальной части дизельного двигателя. При разделении топлива под давлением с помощью этого метода топливо используется гораздо более эффективно.

Техническое обслуживание систем впрыска дизельного топлива

Использование системы Common Rail оптимизирует топливную экономичность автомобиля.